ucosii任务管理及调度

μC/OS是商业操作 系统
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学习嵌入式操作系统

学习一种实时操作系统RTOS，如uc/OS,掌握实时系 统的概念和设计方法；
嵌入式系统以应用为中心，应用时选择“适用”的 操作系统； 嵌入式Linux； 自己“写”RTOS——一种学习态度；


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任务1
任务2
应用软件层 任务3 任务n µC/OS-II 的层次示意图
typedef double FP64;
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C/OS-II的文件结构
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1
C/OS-II概述
2
任务和任务管理
3 4
中断和时间管理
任务之间的通信与同步
存储管理
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任务的实现
创建任务的系统服务

OSTaskCreate()
INT8U OSTaskCreate ( void (*task)(void *pd), //任务代码指针 void *pdata, //任务参数指针 OS_STK *ptos, //任务栈的栈顶指针 INT8U prio //任务的优先级 );

所有的任务控制块分属于两条不同的链表 ，单向的空闲链表（头指针为 OSTCBFreeList）和双向的使用链表（头 指针为OSTCBList）；

OSTCBNext、OSTCBPrev：用于将任务控制 块插入到空闲链表或使用链表中。每个任 务的任务控制块在任务创建的时候被链接 到使用链表中，在任务删除的时候从链表 中被删除。双向连接的链表使得任一成员 都能快速插入或删除。
用ANSI C书写
支持任何8, 16, 32-bits CPU 支持SMC, MMC, SD, CF, IDE, Flash, RAM 其他介质
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可移植的数据类型
typedef unsigned char BOOLEAN;
typedef unsigned char INT8U;
typedef signed char INT8S; typedef unsigned int INT16U; typedef signed int INT16S; typedef unsigned long INT32U; typedef signed long INT32S; typedef float FP32;

OSTaskCreateExt()
提问：C/OS-II中的任务是进程还是线程？
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任务主函数
一个任务通常是一个无限循环（返回值类型void）
void MyTask(void *pdata)
{
while (Hale Waihona Puke Baidu) {
Why?
do something;
waiting; do something;
}
}
FS C/C++ 设备驱动
RTOS
KERNEL 调试工具
其它组件
TCP/IP
设备I/O
BSP 嵌入式硬件平台
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C/OS简介
1、C/OS——Micro Controller O S，微控制器操作系统 2、 C/OS简介

美国人Jean Labrosse 1992年完成 应用面覆盖了诸多领域，如照相机、医疗器械、音响设备、发动 机控制、高速公路电话系统、自动提款机等 1998年C/OS-II，目前的版本C/OS -II V2.61，2.72
系统保留了优先级为0、1、2、3、 OS_LOWEST_PRIO-3、OS_LOWEST_PRI0-2， OS_LOWEST_PRI0-1以及OS_LOWEST_PRI0这8个任 务以被将来使用，用户可以有56个应用任务； 任务的优先级同样也是它的标识号ID。


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空闲任务和统计任务

内核总是创建一个空闲任务OSTaskIdle()； 总是设置为最低优先级，OS_LOWEST_PRIOR； 当所有其他任务都未在执行时，空闲任务开始 执行； 应用程序不能删除该任务； 空闲任务的工作就是把32位计数器OSIdleCtr 加1，该计数器被统计任务所使用；


一旦任务建立了，任务控制块OS_TCB将 被赋值。
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任务控制块TCB
typedef struct os_tcb { 栈指针； INT16U 链表指针； OS_EVENT void INT8U INT8U 其他…… OSTCBId; *OSTCBEventPtr; *OSTCBMsg; OSTCBStat; OSTCBPrio; /*任务的ID*/ /*事件指针*/ /*消息指针*/ /*任务的状态*/ /*任务的优先级*/
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任务的状态－就绪

就绪状态（Ready）：万事具备，只欠 CPU；
在所有的就绪任务当中，具有最高优先级 的任务被选中去运行； 如果任务在运行的时候被抢占了CPU(任务 被中断时才可能被抢占）,则又回到就绪状 态。


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任务的状态－运行
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µC/OS-II的各种商业应用

全世界有数百种产品在应用:

Avionics Medical Cell phones
Routers and switches
High-end audio equipment Washing machines and dryers UPS (Uninterruptible Power Supplies)
实时操作系统C/OS-II
1
C/OS-II概述
2
任务管理
3 4
中断和时间管理
任务之间的通信与同步
存储管理
5
1
通用操作系统和嵌入式（实时）操作系统

通用操作系统：Windows/NT/XP、Linux、UNIX等，用于PC机 、服务器， 嵌入式（实时）操作系统：用于嵌入式设备的操作系统，具有通 用操作系统的基本特点，又具有系统实时性、硬件的相关依赖性 、软件固态化以及应用的专用性等特点； 嵌入式（实时）操作系统通常包括与硬件相关的底层驱动软件、 系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器 Browser等； 嵌入式（实时）操作系统的重要指标：实时性（中断响应时间、 任务切换时间等）、尺寸（可裁剪性 ）、可扩展性（内核、中间 件）；
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系统初始化后…
指针数组，指向相应TCB
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任务的状态－休眠

休眠状态（Dormant）：任务存在于内存 空间中，但内核不可见；
可以通过以下函数通知内核，使之变为就 绪状态：
–

OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()

可以通过以下函数返回到休眠状态：
–
OSTaskDel()

系统服务
C/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、块大小固定的内存 的申请与释放、时间相关函数等。

中断管理
中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被该中断唤醒，则 高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达255层。

稳定性与可靠性
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µC/OS-II图书

统计任务OSTaskStat()，提供运行时间统计。每 秒钟运行一次，计算当前的CPU利用率。其优先级 是OS_LOWEST_PRIOR-1，可选。
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任务控制块TCB 任务控制块 OS_TCB是描述一个任务的核 心数据结构，存放了它的各种管理信息 ，包括任务堆栈指针，任务的状态、优 先级，任务链表指针等；
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C/OS的性能特点（二）

占先式（Preemptive） 多任务
C/OS-II可以管理64个任务，然而，目前这一版本保留8个给系统。应用程序最多 可以有256个任务

可确定性
全部 C/OS-II的函数调用与服务的执行时间具有可确定性。

任务栈
每个任务有自己单独的栈， C/OS-II允许每个任务有不同的栈空间，以便压低应 用程序对RAM的需求。

基于µC/OS-II的 嵌入式系统软件 层次示意图如右 图所示
应用程序接口API
启动代码 GUI TCP/IP 文件系统
任务间通信ITC 任务调度
任务管理 内存管理
uCOS-II内核
系统任务 时钟节拍
中断服务例程ISR
FLASH驱动
LCD驱动
驱动程序
时间处理
硬件
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RTOS在嵌入式系统中的位置
应用
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任务也可以自我删除（并非真的删除，只是内核不 再知道该任务）
void MyTask (void *pdata) {
...... /* 用户代码 */
OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); }
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μ C/OS-Ⅱ可以管理多达64个任务；
OS_CFG.H 中定义＝63

每个任务被赋以不同的优先级，取值从0到 OS_LOWEST_PRIO-2，数值越小，优先级越高；
Industrial controllers
GPS Navigation Systems Microwave Radios Instrumentation


Point-of-sale terminals
更多
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µC/OS-II提供的系统服务
信号量 带互斥机制的信号量


减少优先级倒臵的问题


2000年，得到美国航空管理局（FAA）的认证，可以用于飞行器 中
网站www.ucos-II.com（www.micrium.com)

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C/OS的性能特点（一）

公开源代码 可移植性（Portable）
绝大部分 C/OS-II的源码是用移植性很强的ANSI C写的。和微处理器 硬件相关的那部分是用汇编语言写的。汇编语言写的部分已经压到最 低限度，使得 C/OS-II便于移植到其他微处理器上。 C/OS-II可以在 绝大多数8位、16位、32位以至64位微处理器、微控制器 、数字信号处 理器（DSP）上运行。


描述了µC/OS-II内部的工作原理
随书的CD中包含了源代码

工业界最清晰的源代码

除英文版外，有中文和韩文版
English
ISBN 1-57820-103-9 美国CMP BOOK
Chinese
ISBN 7-81077-290-2 北京航空航天大学出版社
Korean
ISBN 89-951540-5-5

可固化（ROMable）
C/OS-II是为嵌入式应用而设计的，这就意味着，只要读者有固化手 段（C编译、连接、下载和固化）， C/OS-II可以嵌入到读者的产品 中成为产品的一部分。

可裁剪（Scalable）
可以只使用 C/OS-II中应用程序需要的那些系统服务。也就是说某产 品可以只使用很少几个 C/OS-II调用，而另一个产品则使用了几乎所 有 C/OS-II的功能，这样可以减少产品中的 C/OS-II所需的存储器空 间（RAM和ROM）。这种可剪裁性是靠条件编译实现的。
事件标志 消息信箱


消息队列
内存管理 时钟管理

任务管理
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µC/GUI and µC/FS

µC/GUI

嵌入式的用户界面 用ANSI C书写


支持任何8, 16, 32-bits CPU
彩色，灰、度，等级或黑白显示 代码尺寸小

µC/FS

嵌入式的文件系统Written in ANSI C
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空闲TCB链表

所有的任务控制块都被放臵在任务控制块列表数组 OSTCBTbl[]中，系统初始化时，所有TCB被链接成空闲的 单向链表，头指针为OSTCBFreeList。当创建一个任务后 ，就把OSTCBFreeList所指向的TCB赋给了该任务，并将它 加入到使用链表中，然后把OSTCBFreeList指向空闲链表 中的下一个结点。
} OS_TCB;
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栈指针 OSTCBStkPtr：指向当前任务栈顶的指针 ，每个任务可以有自己的栈，栈的容量可 以是任意的； OSTCBStkBottom：指向任务栈底的指针； OSTCBStkSize：栈的容量，用可容纳的指 针数目而不是字节数（Byte）来表示。


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链表指针



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嵌入式操作系统的发展
应用程序
应用程序
通信协议
库函数
应用程序
文件系统
API GUI
文件系统
API GUI
操作系统内核
操作系统内核
操作系统内核
驱动程序和固件
驱动程序和固件
驱动程序和固件
80年代初期
80年代中期-90年代中 期
90年代末期-21世纪
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常见的嵌入式操作系统
实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可分为两 种，商用型和免费型。 商用型的实操作系统功能稳定、可靠，有完善的技 术支持和售后服务，但往往价格昂贵,如Vxworks、 QNX、WinCE、Palm OS等。 免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前 主要有Linux,μC/OS是一种源码开放的商业RTOS；